Báo cáo thí nghiệm hệ thống điện

1

Báo cáo thí nghiệm hệ thống điện
BÀI 1: TÌM HIỂU TỔNG QUÁT VỀ MÔ HÌNH NHÀ MÁY ĐIỆN

I. GIỚI THIỆU CHUNG:
Trong sơ đồ của hệ thống điện gồm có:
- Hệ thống động cơ gồm:
+ Động cơ xoay chiều 3 pha (M3~)
+ Động cơ DC (M)
- Hệ thống máy phát gồm:
+ Máy phát xoay chiều 3 pha (G3~)
+ Máy phát DC (G)
- Lưới điện.
- Các thiết bị dụng cụ đo tương ứng với hệ thống động cơ, máy phát và lưới
điện.
- Hệ thống đèn báo và các nút điều chỉnh.
II. NỘI DUNG BÁO CÁO:
Câu 1: Vẽ sơ đồ bảng điều khiển đứng và bàn điều khiển.
1/ Sơ đồ bàn điều khiển (hình vẽ ).
2/ Sơ đồ bảng điều khiển đứng (hình vẽ ).

-

Câu 2: Cách vận hành mô hình nhà máy điện:
Cấp điện cho động cơ xoay chiều 3 pha (M3~). Động cơ hoạt động sẽ làm
quay trục của máy phát DC (G).
Máy phát DC hoạt động sinh ra dòng điện DC cấp cho động cơ DC (M).
Lúc này, động cơ DC hoạt động sẽ kéo theo máy phát 3 pha (G3~) hoạt
động.
Sử dụng các nút nhấn để điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều, và dòng kích từ

của động cơ để thay đổi điện áp và tần số hòa lưới.
Câu 3: Lý do sử dụng động cơ DC để quay máy phát 3 pha:
Động cơ DC có thể thay đổi tốc độ dễ dàng trong dải điều chỉnh rộng
thông qua điều khiển kích từ của nó, do đó có thể làm thay đổi tốc độ của
máy phát, thay đổi được tần số khi hòa đồng bộ máy phát vào hệ thống điện
(máy phát và động cơ DC đồng trục). Còn động cơ không đồng bộ xoay
chiều AC tuy đơn giản và rẻ tiền hơn nhưng khó điều chỉnh tốc độ và có
tốc độ luôn bé hơn tốc độ đồng bộ nên không được sử dụng để quay máy
phát 3 pha.
Chính vì lý do đó người ta sử dụng động cơ DC chứ không sử dụng
động cơ 3 pha.

Đậu Hùng Cường 41100446

Page 11


Báo cáo thí nghiệm hệ thống điện

2

Câu 4: Có cần thay thế phương pháp dùng động cơ DC hay hok?
Không cần thay thế mô hình này vì nếu dùng động cơ sơ cấp thì không
thể điều chỉnh được tốc độ của máy phát và không thực hiện hòa đồng bộ
máy phát AC vào lưới được. Còn nếu dùng chỉnh lưu thì muốn điều chỉnh
tốc độ phải dùng các thiết bị điều khiển công suất phức tạp, khó thực hiện
với mô hình nhỏ như phòng thí nghiệm. Động cơ DC sẽ sử dụng dễ dàng
hơn cho việc thí nghiệm.
Câu 5:

Trình tự thao tác điều khiển tổ hợp máy cắt và dao cách ly:
Q1

Q15

Q0
Q2

Q1,Q2:Dao cách ly
Q0: Máy cắt
Q15,Q25: Dao nối đất

Q25

Thứ

tự thao tác khi đóng đường dây:
- Đóng dao cách ly Q1,Q2.
- Đóng máy cắt Q0.
Thứ tự thao tác khi ngắt đường dây:
- Cắt máy cắt Q0.
- Cắt dao cách ly Q1,Q2.
Thứ tự thao tác khi sửa chữa máy cắt:
- Cắt máy cắt Q0.
- Cắt dao cách ly Q1,Q2.
- Đóng dao tiếp đất Q15,Q25.
- Lấy máy cắt ra khỏi mạch để sửa chữa.

Đậu Hùng Cường 41100446

Page 22


Báo cáo thí nghiệm hệ thống điện

Đậu Hùng Cường 41100446

3

Page 33


Báo cáo thí nghiệm hệ thống điện

Đậu Hùng Cường 41100446

4

Page 44


Báo cáo thí nghiệm hệ thống điện

5

BÀI 3: KHẢO SÁT MẠCH KHỞI ĐỘNG CƠ ĐIỆN 3 PHA
I. Nội dung thực tập:
-Tìm hiểu bộ : động cơ AC 3 pha , máy phát DC.
-Tìm hiểu mạch khởi động động cơ AC 3 pha.
II. Nội dung báo cáo:

Câu 1:
U
Iđm
P
Nđm
cosϕ
f

Thông số cơ bản của động cơ không đồng bộ 3 pha:
=
220/380 V
=
77/44 A
=
22 KW
=
1450 v/ph
=
0,86
=
50 Hz

Câu 2: Thông số cơ bản của máy phát DC:
Uđđmđ =
220 V
Iđm
=
86,5 A
P
=

19 KW
nđmđ =
1445 vòng/phút
Ikt
=
1,86 A
Ukt
=
167 V
Câu 3:

Mạch động lực và mạch điều khiển.

MẠCH ĐỘNG LỰC
Đậu Hùng Cường 41100446

MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Page 55


Báo cáo thí nghiệm hệ thống điện

6

Giải thích: Khi ấn nút start để khởi động động cơ:

Cuộn dây (M) có điện sẽ đóng tiếp điểm contactor (M) cung cấp điện
cho động cơ khởi động với dòng điện khởi động ban đầu nhỏ nhờ các
điện trở Rmml, Rmm2 mắc nối tiếp với cuộn dây quấn rotor.


Cuộn dây M có điện kích hoạt relay thời gian (RT1) làm việc, sau một
khoảng thời gian ∆t1 relay RT1 sẽ đóng tiếp điểm (RT1) và cuộn dây M2
có điện đóng tiếp điểm của contactor M2 lọai điện trở phụ R mm2 ra khỏi
mạch khỏi động.

Cuộn dây M2 có điện kích hoạt relay thời gian (RT2) làm việc, sau
một khỏang thời gian ∆t2 relay RT2 sẽ đóng tiếp điểm (RT2) và cụôn
dây M1 có điện đóng tiếp điểm contactor M1 lọai điện trở phụ R mm1 ra
khỏi mạch khởi động.

Động cơ họat động ở chế độ bình thường và nhiệm vụ của nó là dùng
để kéo máy phát điện một chiều.
Câu 5: Vẽ đặc tuyến moment – tốc độ của động cơ AC rotor dây quấn:
n

M
Mmax

Đậu Hùng Cường 41100446

Page 66


Báo cáo thí nghiệm hệ thống điện

7

Bài 4: KHẢO SÁT MẠCH KHỞI ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN DC
I.

II.

Mục đích:
Tìm hiểu bộ động cơ DC, máy phát AC 3 pha.
Tìm hiểu mạch khởi động động cơ DC.

Báo cáo
Câu 1: Thông số cơ bản của động cơ một chiều DC:
Uđm =
220 V
Iđm
=
78 A
nđm =
1500 v/p
Ikt
=
1.85 A
Ukt =
220 V
Câu 2: Thông số cơ bản của máy phát AC
Uđm =
220/380 V
Iđm
=
23 A
S
=
15 KVA
nđm =

1500 v/p
cos ϕ =
0,8
f
=
50 Hz
Câu 3: Vẽ và giải thích mạch khởi động của động cơ một chiều DC
(mạch động lực và mạch điều khiển)

Đậu Hùng Cường 41100446

Page 77


Báo cáo thí nghiệm hệ thống điện

8

MẠCH ĐIỀU KHIỂN

-

Giải thích mạch:
Khi tốc độ n = 0, U = Uđm muốn n tăng lên thì phải thỏa mãn 2 điều
kiện:
Mmm > Mcản của tải
- Imở < Icp
Khi đóng điện trực tiếp cho động cơ DC tương tương ngắn mạch do điện
trở phần ứng Rư nhỏ do đó dòng khởi động rất lớn có thể gây phát nhiệt
lớn làm hư hỏng máy, nên để hạn chế dòng khởi động người ta dùng 2

điện trở R1 và R2.
Khi ấn nút START để khởi động động cơ:

Cuộn dây M có điện sẽ đóng tiếp điểm Contactor M, cung cấp điện
cho động cơ khởi động với dòng điện ban đầu nhỏ nhờ các điện trở khởi
động.

Cuộn dây M có điện kích hoạt relay thời gian RT1 làm việc, sau
một khoảng thời gian ∆t1 relay RT1 sẽ đóng tiếp điểm RT1 và cuộn dây
M2 có điện đóng tiếp điểm của Contactor M2 loại tách điện trở phụ R2
ra khỏi mạch khởi động.

Cuộn dây M2 có điện kích hoạt relay thời gian RT2 làm việc, sau
một khoản thời gian ∆t2 relay RT2 sẽ đóng tiếp điểm RT2 và cuộn dây

Đậu Hùng Cường 41100446

Page 88


9

Báo cáo thí nghiệm hệ thống điện



M1 có điện đóng tiếp điểm của Contactor M1 loại tách điện trở phụ R1
ra khỏi mạch khởi động.
Động cơ hoạt động ở chế độ bình thường và nhiệm vụ của nó là
dùng để kéo máy phát điện đồng bộ 3 pha xoay chiều.

Câu 4: Vẽ đặc tuyến moment- tốc độ khi khởi động của động cơ.

M

n
MC

0

Đậu Hùng Cường 41100446

t

Page 99


Báo cáo thí nghiệm hệ thống điện

10

Bài 5: RELAY DÒNG ĐIỆN KỸ THUẬT SỐ
I. Mục đích:
- Nhằm giúp cho sinh viên có khái niệm về rơle quá dòng điện và biết
được cách đấu dây của một rơ le dòng điện vào một sơ đồ hệ thống điện.
- Biết cách chỉnh định các thông số cơ bản một loại rơ le dòng điện kỹ
thuật số.
- Làm quen và biết cách sử dụng thiết bị kiểm tra rơle PTE – 100 – C
II. Thiết bị thí nghiệm:
- Relay MK2000 của hãng Mikro trong modul TN.BVRL-01
- Thiết bị kiểm tra rơ le PTE – 100 – C.

Giới thiệu về MK2000:
Relay MK 2000 là lọai relay kỹ thuật số có chức năng bảo vệ quá tải,
bảo vệ ngắn mạch nhiều pha và bảo vệ chống chạm đất. MK 2000 có các
phần tử chống quá dòng độc lập (cho 3 pha) và phần tử chống chạm đất
vô hướng; có 5 tiếp điểm output để có thể link với các tín hiệu (signal)
phát hiện, tín hiệu cắt của các phần tử quá dòng và chạm đất cấp II, III.
Các phần tử chống quá dòng và chống chạm đất của MK 2000 đều có
thể được chon lựa đặc tuyến bảo vệ phụ thuộc thời gian – dòng điện một
cách độc lập. Trong Mk 2000, nhà sản xuất đã thiết lập các dạng đặc
tuyến IDMT với phương trình như sau :
kβ
( I / I >) α − 1
t=
Trong đó : t : thời gian tác động
k : hệ số nhân
I : dòng điện mà relay đo được
I> : dòng khởi động cấp III
Dạng đặc tuyến
Normal Inverse
Very Inverse
Extremely Inverse
Long – time Inverse

Đậu Hùng Cường 41100446

Anpha
0.02
1.0
2.0
1.0

Beta
0.14
13.5
80.0
120.0

Page 10
10


11

Báo cáo thí nghiệm hệ thống điện

Thứ tự của thông
Thông số hay chế độ tương ứng
số hay chế độ
1
Kích họat (on) 1 ngõ ra trong 5 ngõ ra Relay
2
Chọn lựa cho phép (ennable) hay không cho phép chức
năng khóa các phần tử bảo vệ; Chọn lựa khả năng vô hiệu
hóa phần tử bảo vệ cấp II.
3
Chọn lựa những tín hiệu nào của Relay sẽ liên kết tới ngõ
ra TS1 (chân 19-20). TS1 đ ược mặc định là ngõ ra Start
4
Chọn lựa những tín hiệu nào của Relay sẽ liên kết tới ngõ
ra TS2 (chân 16-17-18). TS2 được mặc định là ngõ ra Trip.

5
Chọn lựa những tín hiệu nào của Relay sẽ liên kết tới ngõ
ra SS1 (chân 30-31). SS1 được mặc định là ngõ ra Start.
6
Chọn lựa những tín hiệu nào của Relay sẽ liên kết tới ngõ
ra SS2(chân 32-33) và SS3 (chân 28-29).
7
Chọn lựa độ dốc của đường cong IDMT cho các phần tử
bảo vệ cấp III (chọn α, β)

-

III. Nội dung báo cáo
1. Đặc tuyến IDMT dốc chuẩn: (Mode 7: 00)
k=0.1
Vị trí núm vặn
Dòng pha A quan sát trên
relay(A)
Thời gian tác động (s)

-

125
1.98

150
2.05

175
2.6

200
3.1

0.973

0.752

0.744

0.603

0.535

k = 0.3

Vị trí núm vặn
Dòng pha A quan sát trên
relay(A)
Thời gian tác động (s)

-

100
1.39

100
1.31

125

1.78

150
2.29

175
2.67

200
2.95

3.913

2.556

1.933

1.693

1.545

100
1.35

125
1.9

150
2.38

175
2.85

200
3.31

k = 0.5

Vị trí núm vặn
Dòng pha A quan sát trên
relay(A)
Đậu Hùng Cường 41100446

Page 11
11


12

Báo cáo thí nghiệm hệ thống điện
Thời gian tác động (s)

-

3.805

3.084

2.653

2.374

k = 0.7

Vị trí núm vặn
Dòng pha A quan sát
trên relay(A)
Thời gian tác động (s)

2.

6.266

100
1.56

125
2.01

150
2.44

175
2.87

200
3.32

7.085

4.963

4.135

3.644

3.283

Đặc tuyến IDMT 02: (Mode 7: 02)
-

k=0.1

Vị trí núm vặn
Dòng pha A quan sát trên
relay(A)
Thời gian tác động (s)

-

150
2.61

175
3.01

200
3.41

1.043

0.735

0.584

0.495

0.416

100
1.77

125
2.1

150
2.14

175
2.37

200
3.01

3.025

2.205

1.924

1.595

1.276

100
1.3

125
1.52

150
1.9

175
2.32

200
2.9

9.664

7.096

4.265

3.245

2.445

k=0.5

Vị trí núm vặn
Dòng pha A quan sát trên
relay(A)
Thời gian tác động (s)

-

125
2.2

k=0.3

Vị trí núm vặn
Dòng pha A quan sát trên
relay(A)
Thời gian tác động (s)

-

100
1.77

k=0.7

Đậu Hùng Cường 41100446

Page 12
12

13

Báo cáo thí nghiệm hệ thống điện
Vị trí núm vặn
Dòng pha A quan sát trên
relay(A)
Thời gian tác động (s)

100
1.2

125
1.42

150
1.96

175
2.52

200
2.93

12.33
6

10.71
6

5.753

4.214

3.396

Nhận xét kết quả thí nghiệm:
Hệ số k càng lớn thì thời gian tác động của Relay càng lâu.
Đồ thị đặc tuyến không như trong lý thuyết do sai số thiết bị và các thông
số đặt không phù hợp với đặc tuyến của Relay.
Đặc tuyến IDMT dốc chuẩn có thời gian tac động nhỏ hơn so với đặc
tuyến IDMT rất dốc.

BÀI 6: VẬN HÀNH VÀ KHẢO SÁT
CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT 3 PHA
I. NỘI DUNG THỰC TẬP:
Trong bài này ta thực tập vận hành và khảo sát các chế độ họat động của
máy phát điện đồng bộ xoay chiều 3 pha, gồm các bước như sau:

Thao tác các thiết bị để đưa hệ thống vào vận hành độc lập, sau đó
hòa đồng bộ hệ thống vào lưới điện.

Điều chỉnh các nút điều khiển để khảo sát các chế độ:
+ Chế độ làm việc bình thường.
+ Chế độ làm việc khi mất kích từ.
+ Chế độ làm việc khi không có kéo động cơ DC (UMU).
+ Chế độ làm việc khi mất kích từ và mất lực kéo động cơ DC
(UMU).

Dừng hệ thống.

II. NỘI DUNG BÁO CÁO:
Đậu Hùng Cường 41100446

Page 13
13


14

Báo cáo thí nghiệm hệ thống điện
Câu 1 : Bảng số liệu :
Chế độ

Hòa đồng bộ
Tăng kích từ động cơ đến khi P=4 (KW)
Thay đổi kích từ MP đến khi
Q = 0 ; Q = -2, Q= 2 KVAr.
Giảm Q về 0, sau đó ngắt kích từ MP
Đóng lại kích từ MP
Giảm P về 0, sau đó ngắt động cơ kéo.
Trong chế độ ngắt động cơ kéo, thay đổi
kích từ MP để Q lần lượt bằng
-2;0;2 KVAr

-

P

Q

U

(kW
)
0.5
4
4
4
4
4
4
0
0
0
0

(Kvar
)
-2
-3.75
-2
0
2
0
0
1
-2
0
2

(V)
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0

I

Ukt

Ikt

(A (V) (A)
)
2
16
1
8.5 16
1
7
20
1
7

24 1.4
8.5 28 1.8
18 36
0
7
24 1.4
4
24 1.4
2.5 16 0.9
2.5 22 1.2
6
26 1.7

Câu 2: Khi chưa hòa đồng bộ náy phát vào hệ thống, điều chỉnh kích từ
động cơ một chiều sẽ làm thay đổi tốc độ của động cơ DC, máy phát AC ;
điều chỉnh kích từ máy phát điện xoay chiều sẽ làm thay đổi điện áp đầu cực
máy phát:
* Khi máy phát làm việc ở chế độ độc lập thì phương trình của tốc độ và
của dòng kích từ được biểu diễn:
n = n0 + αIư
I = Iư + Ikt
Động cơ DC có kích từ song song nên khi tăng dòng kích từ I kt thì Iư sẽ
giảm, tốc độ động cơ tăng kéo theo tốc độ máy phát cũng sẽ tăng theo và
ngược lại.
Phương trình điện áp đầu cực máy phát :
U = E0 – I.Rư + j(Xư +Xδ). I ;
E0 = 4,44.f .W. Kdq. Φ0
Mà Ikt tỷ lệ với Φ0 nên khi thay đổi dòng kích từ Ikt thì Φ0 sẽ thay đổi,
E0 và U của máy phát sẽ thay đổi theo.
Khi hòa đồng bộ máy phát vào hệ thống, điều chỉnh kích từ động cơ một

chiều sẽ làm thay đổi công suất thực của máy phát, điều chỉnh kích từ của
máy phát xoay chiều sẽ làm thay đổi công suất phản kháng của hệ thống.

Đậu Hùng Cường 41100446

Page 14
14


Báo cáo thí nghiệm hệ thống điện

15

* Khi đã hòa đồng bộ máy phát vào lưới điện , hệ thống có công suất vô
cùng lớn. Lúc đó:
fL = const (hằng số) ; UL = const (hằng số)
Khi thay đổi kích từ của động cơ DC tức là thay đổi Moment điện từ M đt ,
làm thay đổi khả năng kéo tải của máy phát, thay đổi công suất P
Khi thay đổi kích từ máy phát – Ikt thay đổi làm cho đường họach định
trước cố định của máy phát thay đổi.
U.E 0 .cosθ U L2
Q=
−
Xd
Xd
Nên Q của máy phát sẽ thay đổi theo.
Câu 3: Các phương pháp kích từ máy phát điện:
- Dùng máy phát điện một chiều độc lập để kích từ cho máy phát
- Dùng hệ thống chỉnh lưu: dùng hệ thống chỉnh lưu điện áp xoay chiều từ
nguồn khác. Khi dùng hệ thống chỉnh lưu kích từ cho máy phát, nếu dùng hệ

thống chổi than thanh góp rất dễ hư hỏng các thiết bị chỉnh lưu. Để khắc
phục nhược điểm này, người ta dùng một lọai thiết bị đặc biệt- hệ thống kích
từ quay. Hệ thống kích từ này nằm cùng trục với máy phát và quay cùng tốc
độ với máy phát.
Câu 4: Máy phát có được làm việc lâu dài ở chế độ mất kích từ không:
Máy phát đang làm việc với chế độ hòa đồng bộ không được phép làm
việc ở chế độ mất kích từ. Nếu tại thời điểm mất kích từ, tải ngoài lớn thì sẽ
mất đồng bộ, máy phát sẽ nhận công suất phản kháng của hệ thống về, dòng
công suất phản kháng này sẽ làm từ hóa rotor gây phát nóng trong máy phát
và có thể dẫn đến mất ổn định của hệ thống.
Khi máy phát mất đồng bộ thì tốc độ có thể thay đổi do đó người ta gắn
thêm bộ điều chỉnh tốc độ.

-

Câu 5: Các điều kiện hòa đồng bộ máy phát vào hệ thống.
Có 4 điều kiện để hòa đồng bộ vào hệ thống:
Biên độ của điện áp máy phát và điện áp lưới điện phải bằng
nhau.
Tần số máy phát phải bằng tần số của lưới điện.
Máy phát và lưới điện có cùng thứ tự pha.
Pha của máy phát và pha của lưới điện phải trùng pha nhau.
Điều kiện quan trọng nhất là pha của điện áp máy phát phải trùng pha với
điện áp hệ thóng, vì nếu góc lệch pha là 180 o thì sẽ nối tương đương với
mạch máy phát với điện áp UF - U = 2UF; dòng điện xung khi đóng cầu dao
có thể lớn gấp 2 lần dòng điện ngắn mạch thông thường, lực và moment điện

Đậu Hùng Cường 41100446

Page 15

15


Báo cáo thí nghiệm hệ thống điện

16

từ lớn gấp 4 lần làm phá hỏng dây quấn, kết cấu thép, lõi thép, trục… của
máy phát điện.

Đậu Hùng Cường 41100446

Page 16
16